JP4668278B2 - 閉ループデータ伝送のための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は通信システムに関する。詳細には、本発明は多入力・多出力（ＭＩＭＯ）伝送においてパワーの重み付けを提供するための方法及び装置に関する。

多入力・多出力（ＭＩＭＯ）は、複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを伴う伝送方法であり、本方法により、無線通信システムのリンク容量の大幅な増大が期待される。様々な伝送方式では、送信アレイは各送信アンテナ要素と各受信アンテナ要素との間のチャネル応答に関して一定のレベルの情報を有する必要があり、それらの伝送方式は「閉ループ」ＭＩＭＯと呼ばれることが多い。時分割複信（ＴＤＤ）システムにおけるアップリンク探測、及びＴＤＤ又は周波数分割複信（ＦＤＤ）システムにおけるチャネルフィードバック等の手法を用いて、送信機において全広帯域チャネル情報を得ることが可能である。例えば、特許文献１には、多アンテナ送信用のフィードバック方法について記載されている。全チャネルフィードバックとは異なり、アンテナ選択標識又はコードブックベースのビーム形成加重値選択をフィードバックする方法のような限定的なフィードバック法は、フィードバック量を低減し得る。これらの限定的なフィードバック法は、パワー加重値がコードブック加重値と共にフィードバックされる場合、更に改善され得る。しかしながら、送信機にパワー加重値を伝達するには、多大なチャネル資源を必要とすることがある。したがって、送信機にパワー加重値を提供する効率的なフィードバック方法が必要である。
米国特許出願公開第２００４／０１７８９５４号明細書

チャネル情報が送信機側で完全に分かっていると、閉ループ多入力・多出力（ＭＩＭＯ）法により、ＭＩＭＯ通信の性能の大幅な改善が期待される。時分割複信（ＴＤＤ）システムにおけるアップリンク探測及びＴＤＤ又は周波数分割複信（ＦＤＤ）システムにおけるチャネルフィードバック等の手法を用いて、送信機において完全な広帯域チャネル情報を得ることが可能である。全チャネルフィードバックとは異なり、アンテナ選択又はコードブックベースのビーム形成加重値選択用のメッセージをフィードバックする方法のような限定的なフィードバック法は、フィードバック量を低減し得る。しかしながら、これらの限定的なフィードバック法は、各ストリーム用のコードブック加重値又はアンテナ選択と共に各ビーム形成信号ストリーム用のパワー加重値を提供することによって、実現可能な受信機（例えば、線形ＭＭＳＥ、連続干渉消去、又は最尤度）用に改善され得る。

本発明は、ＭＩＭＯ伝送において各データストリーム用のパワー加重値を効率的に提供するための方法及び装置である。一定の帯域幅又はサブキャリアの組を通じてコードブック選択が用いられる場合、フィードバックは、受信機の性能を改善するように設計される。コードブック加重ベクトル（例えば、アンテナ選択加重値／ベクトル又はグラスマニアン加重値）は、各ストリーム用のパワー加重値と共に各ＭＩＭＯデータストリーム用の一群の周波数領域サブキャリアに通じて決定される。なお、アンテナ選択は、恒等行列の列に対応する送信加重ベクトルを含むコードブックを用いることによって記述され得る。そして、コードブック加重値及びパワー加重値は、一群のサブキャリア用の各ストリームに対してフィードバックされる。本発明は、パワー加重値を量子化して、それらをコードブック加重値と共に送信機にフィードバックする効率的な方法を提供する。

本発明の別の態様は、受信機が情報をフィードバックすることの必要なデータストリームが幾つであるかを送信機が伝達するための効率的なメカニズムを含む。ＭＩＭＯシステムにおいてサポートされ得るデータストリーム数の上限は、受信機アンテナの数と送信アンテナの数との小さな方の数である。しかしながら、実際のストリームの数は、チャネル条件（例えば、空間条件及び受信ＳＮＲ）にも依存する。この判断は、受信機側で行うのが最良であるが、全てのストリーム用のコードブック加重値及びパワー加重値を伝達するのに必要な全部のフィードバック資源が、最初に割り当てられる必要がある。最大フィードバック資源を常に割り当てることが可能であるが、それは無駄が多い場合がある。別の選択肢は、最初に、フィードバック資源に対する要求として、データストリームの数を受信機がフィードバックすることであるが、それには余分な待ち時間が伴われる場合がある。本発明における効率的なメカニズムは、フィードバック要求及びフィードバック資源割当メッセージにおいて、フィードバックが要求されるデータストリームの数を非明示的に伝達することである。

簡単のため、本発明は、加入者局（ＳＳ）に送信する際、閉ループアンテナアレイシステム（例えば、複数の空間的に分離された送信アンテナ）において、送信加重値を設定するために必要な情報を基地局（ＢＳ）に提供する観点から提示される。ＢＳ及びＳＳの役割が本明細書において述べた役割とは反対の場合にも、本発明が適用されることは明らかである。例えば、本発明は、ＳＳからＢＳへの閉ループ送信を可能にするために必要な情報がＳＳに提供される場合に適用され得る。したがって、本説明は、ＢＳがＳＳに送信する場合に主に焦点を当てるが、用語「送信元通信ユニット」は、「対象通信ユニット」に対して閉ループ送信を実施し得る通信ユニット（例えば、ＢＳ、ＳＳ又は他の送受信機）を指す。

また、幾つかの用語は明細書において交換可能に用いられる。即ち、チャネル応答、周波数選択チャネルプロファイル、空間対周波数チャネル応答という用語は、全て、閉ループ送信手法を利用するために、基地局によって必要とされるチャネル応答情報を指す。また、波形及び信号の用語も交換可能に用いられる。加入者装置又は加入者局（ＳＳ）は移動局（ＭＳ）又は単に移動体と呼ばれることがあり、本発明は、加入者装置が固定されている又は移動可能な（即ち、固定されていない）場合に対しても等しく適用される。受信装置は、基地局（ＢＳ）、加入者局（ＳＳ）又はその任意の組合せであってよい。また、送信装置は、ＢＳ、ＳＳ、ＭＳ、又はその任意の組合せであってよい。更に、システムがリピータ、リレー、又は他の同様な装置を有する場合、受信装置又は送信装置は、リピータ、リレー、又は他の同様な装置であってよい。リピータやリレーは、ＢＳがリピータ／リレーに対して閉ループ送信を行っている場合、ＳＳと等価であると見なされ得る。リピータ又はリレーは、リレーがＳＳに対して閉ループ送信を行っている場合、ＢＳと等価であると見なされ得る。高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）の用語は、それぞれ、離散フーリエ変換（又は同様な変換）及び逆離散フーリエ変換（又は同様な変換）を指す。

次に、同様な数字は同様な構成要素を示す図面を参照すると、図１は、本発明が動作し得る通信システム１００のブロック図である。通信システム１００は、各々複数の加入者局（ＳＳ）１０１〜１０３と通信状態にある基地局（ＢＳ、即ち、基地局）１０４を有する１つ以上のセル１０５（１つのみ示す）を含む。ＳＳ１０１へのダウンリンク上で送信が行われる場合、ＢＳ１０４は送信元通信ユニットと呼ばれ、ＳＳ１０１は対象通信ユニットと呼ばれ得る。送信がＳＳ１０１からＢＳ１０４へのアップリンク上で行われようとする場合、ＳＳ１０１は送信元通信ユニットと呼ばれ、ＢＳ１０４は対象通信ユニットと呼ばれ得る。本発明の好適な実施形態において、通信システム１００は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）又は適応変調・符号化（ＡＭＣ）を含むマルチキャリアベースのアーキテクチャを利用する。また、このアーキテクチャは、１次元又は２次元の拡散による、マルチキャリアＣＤＭＡ（ＭＣ−ＣＤＭＡ）、マルチキャリア直接シーケンスＣＤＭＡ（ＭＣ−ＤＳ−ＣＤＭＡ）、直交周波数・符号分割多重（ＯＦＣＤＭ）等の、拡散手法の使用を含んでもよく、より簡単な時分割及び周波数分割のうちの１つ以上による多重／多元接続手法、又は、これらの様々な手法の組合せに基づいてもよい。しかしながら、他の実施形態において、通信システム１００は、これらに限定しないが、ＴＤＭＡ、直接シーケンスＣＤＭＡ、サイクリック・プレフィックス単一キャリアシステム、インターリーブ式周波数分割多元接続システム等、他のセルラー通信システムプロトコルを利用し得る。

図２は、１つ以上の受信アンテナを有する対象通信ユニットとしての受信装置への単一のデータストリームの通信を行う送信元ユニットとしての閉ループ送信アンテナアレイのブロック図である。入力ストリーム２０４には、複数の送信アンテナ２０１へ供給される前に、乗算器２０３を用いて送信加重値２０５が乗算される。複数の送信アンテナ２０１から送信された信号は、行列チャネル２０８を通って伝搬し、複数の受信アンテナ２０２によって受信される。複数の受信アンテナ１０２上で受信された信号は、乗算器２０３を用いて受信加重値２０６が乗算され、加算装置２０９によって合計され、出力符号ストリーム２０７を生成する。信号に対する並びに送信及び受信加重値に対する図２の指標「ｋ」は、時間指標、又はサブキャリア（周波数）指標（例えば、ＯＦＤＭの場合）、又は双方の組合せを示す。

図３は、１つ以上の受信アンテナを有する対象通信ユニットとしての受信装置へ複数のデータストリームの通信を行う送信元ユニットとしての閉ループ送信アンテナアレイ（例えば、ＭＩＭＯシステム）のブロック図である。多入力ストリーム３０４には、複数の送信アンテナ３０１へ供給される前に、乗算器３０３を用いて送信加重値３０５が乗算される。複数の送信アンテナ３０１から送信された信号は、行列チャネル３０８を通って伝搬し、複数の受信アンテナ３０２によって受信される。複数の受信アンテナ３０２上で受信された信号は、乗算器３０３を用いて受信加重値３０６が乗算され、加算装置３０９によって合計され、多出力符号ストリーム３０７を生成し得る。受信加重値３０６及び乗算器３０３を用いる場合も用いない場合もある最尤度検出又は連続消去等の、出力符号ストリーム３０７を生成する他の実施形態が可能である。

図４は、送信に先立って、周波数領域において図２及び図３の送信手法が実施される直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）又はサイクリック・プレフィックス単一キャリア（ＣＰ単一キャリア）等の周波数領域式送信システムのブロック図である。ＣＰ単一キャリアシステムでは、最初に、１つ以上のデータストリーム４０１が１つ以上のＦＦＴ４０２によって周波数領域に持ち込まれ、この周波数領域データストリームが周波数領域加重装置４０３によって重み付けされる。ＯＦＤＭでは、１つ以上のデータストリーム４０１は、ＦＦＴ４０２を用いることなく、周波数領域加重装置４０３へ直接送られる。周波数領域加重装置４０３は、周波数領域における各サブキャリア又は周波数ビンに対し、図２及び図３の送信部に示した加重機能を実施する。したがって、このタイプのシステムの場合、送信信号は空間的若しくは周波数的に又は双方によって調整され得る。次いで、周波数領域加重装置４０３の出力は、ＩＦＦＴ４０４によって時間領域へ戻される。当分野で知られているように、サイクリック・プレフィックスが追加される（４０５）。次いで、送信信号を送信アンテナ４０７に送る前に、送信フィルタ処理４０６が実施される。

数学的な用語では、本発明の一態様は、図２、図３、図４のブロック図に示すように、１つ以上のデータストリームを増倍するために用いられる１つ以上の送信加重ベクトルを効率的にＢＳに提供するための方法及び装置である。送信加重値は、次のように計算され得る。限定的なフィードバックＭＩＭＯ伝送において、コードブックは、ＢＳ（送信装置）及びＳＳ（受信装置）双方において保持（又は計算）され、このコードブックは、ＢＳにおいて送信アンテナアレイによって用いられる全ての可能な送信加重ベクトルを含む。ＳＳは、データ伝送に用いるコードブックにおいて、いずれの送信加重ベクトルが最良の加重ベクトルであるかを決定する。ＳＳは、ダウンリンク上で受信されたパイロット等のＢＳ送信内容に基づき、この決定を行う。また、ＳＳは、実装された特定の受信機タイプの性能を最適化するように、各データストリームに対し適用すべきパワー加重値を計算する。したがって、送信加重値は、コードブック加重値に、特定の送信加重値に対するパワー加重値の平方根を乗算したものである。

図５は、コードブック選択及びパワー加重値を用いる送信元ユニットのブロック図である。送信される符号ストリームを形成するために、１つ以上のデータストリーム５０１が周波数領域資源又は時間領域資源を用いて個別に符号化され（５０２）、変調される（５０３）。次いで、フィードバックメッセージからブロック５０５において導出されたスカラー加重値により、各ストリームは、５０４においてパワー重み付けされる。次いで、各ストリームは、ビーム形成ベクトルによって、ブロック５０６において重み付けされる。各ストリーム用のビーム形成ベクトルは、選択された送信加重ベクトルの指標を伝達するフィードバックメッセージに従って、コードブックから選択することによって、ブロック５０７において取得される。次いで、パワー加重及びビーム形成後、全てのストリームから送信信号が生成される。

図６は、アンテナ選択及びパワー加重値を用いる送信元ユニットのブロック図である。なお、この事例は、恒等行列の列に対応した列を有するコードブックにより、図５のコードブック選択方法を用いることと数学的に等価である。送信される符号ストリームを形成するために、１つ以上のデータストリーム６０１が周波数領域資源又は時間領域資源を用いて個別に符号化され（６０２）、変調される（６０３）。次いで、各ストリームは、フィードバックメッセージからブロック６０５において導出されたスカラー加重により、６０４においてパワー重み付けされる。次いで、各ストリームは、アンテナ選択スイッチブロック６０６を通じてアンテナへ供給される。各ストリーム用のアンテナ選択は、そのストリーム用の選択されたアンテナの指標を伝達するフィードバックメッセージに基づく。アンテナ選択スイッチブロック６０６は、データストリームを送信する全ての数の送信アンテナの一部を選択する。

図７は、本発明によって用いられるフィードバック方法全体のフローチャート表現である。まず、ＢＳは、ダウンリンク上でその送信アンテナの各々からパイロットデータ（即ち、ＢＳ及びＭＳの双方において既知の符号）を送信する（７０５）。次いで、ＭＳは、ダウンリンクパイロットデータを受信し、ＢＳのアンテナの各々からその受信アンテナの各々へのダウンリンクチャネル推定値を測定する（７１０）（好適には、パイロットはＢＳによって送信され、このチャネル推定のためにＭＳによって用いられるが、パイロットが無い場合又はパイロットベースのチャネル推定の補足として、盲チャネル推定法又は判定式チャネル推定法等、別のチャネル推定手法が用いられることがある）。次いで、ＭＳは、ダウンリンクチャネル推定値を用いて、いずれのコードブック加重値をＢＳが用いるべきかを、また、各データストリーム用のパワー加重値を判断する（７１５）。本発明の一態様において、コードブック加重値及びパワー加重値の選択には、ＢＳが送信すべきストリームが幾つであるかを決定する手順も含む。次いで、ＭＳは、コードブック選択及びパワー加重値をフィードバックメッセージに符号化し、そのフィードバックをＢＳに送信する（７２０）。最後に、ＢＳは、そのフィードバックを受信し、フィードバックメッセージの情報を用いて、ダウンリンクデータ伝送のビーム形成を行う（７２５）。

周波数分割複信（ＦＤＤ）モード用のフィードバック方法のタイミング図の一例を図８に示す。このＦＤＤ例の場合、ダウンリンクはキャリア周波数１ ８０５上であり、アップリンクはキャリア周波数２ ８１０上である。ＢＳは、ダウンリンクフレーム８１５において、その各送信アンテナからのパイロット符号８２０を送信する。例えば、ＯＦＤＭシステムにおいて、異なる送信アンテナからのパイロット符号は、時間多重、周波数多重、符号多重、又はこれらのいずれかの組合せによって（ＭＳでのチャネル推定を簡素化するために）直交され得る。４送信アンテナの場合に対する周波数多重の例は、特定のＯＦＤＭ符号期間に、アンテナ１からは、第１サブキャリアで始まり４サブキャリア毎（サブキャリア１、５、．．．）に、アンテナ２からは、第２サブキャリアで始まり４サブキャリア毎（サブキャリア２、６、．．．）に、アンテナ３からは、第３サブキャリアで始まり４サブキャリア毎（３、７、．．．）に、アンテナ４からは、第４サブキャリアで始まり４サブキャリア毎（４、８、．．．）に、パイロット符号を送信することである。次いで、ＭＳはパイロット符号を受信し、各データストリーム用のコードブック加重値及びパワー加重値を決定する。ＭＳは、アップリンクフレーム８４０上のフィードバックメッセージ８３５によりコードブック加重値及びパワー加重値をフィードバックする。基地局は、このフィードバック情報を受信し、この情報を用いて、未来のダウンリンクフレーム８２５に対し閉ループビーム形成を行う（８３０）。なお、アップリンク及びダウンリンク送信は（ＴＤＤモードとは異なり）同時に起こることから、チャネルが測定された時（８２０）からダウンリンクビーム形成が行われる時（８３０）までの全遅延は小さい可能性がある。

時分割複信（ＴＤＤ）モード用のフィードバック方法のタイミング図の一例を図９に示す。ＴＤＤとＦＤＤモードとの間の主な差異は、ＴＤＤではアップリンク及びダウンリンクは同時に送信されないため、アップリンク及びダウンリンクが時間的に分離される必要があることである。アップリンク及びダウンリンクが時間的に分離される必要があることから、フィードバック遅延はＦＤＤモードよりＴＤＤモードで大きい傾向がある。しかしながら、全体的なフィードバック動作は、双方のモードにおいて同様である。ＢＳは、ダウンリンクフレーム９０５において、その各送信アンテナからのパイロット符号を送る（９１０）。次いで、ＭＳは、このデータを受信し、各データストリーム用のコードブック加重値及びパワー加重値を決定する。ＭＳは、次のアップリンクフレーム９１５上のフィードバックメッセージ９２０により、コードブック加重値及びパワー加重値をフィードバックする。基地局は、このフィードバック情報を受信し、この情報を用いて、未来のダウンリンクフレーム９２５上に閉ループビーム形成を行う（９３０）。

図１０は、ＭＳ加重値及びコードブック選択ユニット１０００のブロック図である。ダウンリンクチャネル推定ユニット１０１０には、パイロット符号情報を記憶するためのメモリユニット１０４０からの各ＢＳ送信アンテナ用のパイロット符号と共にＢＳからの送信パイロットデータに対応する受信アンテナデータ１００５が提供される。ダウンリンクチャネル推定１０１０ユニットは、提供された情報を用いて、チャネル推定値を決定し、これが、コードブック加重値選択・パワー加重値計算ユニット１０１５に提供される。また、コードブック加重値選択・パワー加重値計算ユニット１０１５には、信号対雑音比（ＳＮＲ）１０２０の推定値と、コードブック加重値を記憶するためのメモリユニット１０３５からのコードブック加重値選択とが提供される。コードブック加重値選択・パワー加重値計算ユニット１０１５は、提供された情報を用いて、それらの対応するパワー加重値と、各ストリームに対しいずれのコードブック加重値を用いるべきかとを決定する。また、コードブック加重値選択・パワー加重値計算ユニット１０１５は、コードブック加重値選択及びパワー加重値計算と共にデータストリームの数を決定し得る。次いで、コードブック加重値選択・パワー加重値計算ユニット１０１５は、コードブック加重値及びパワー加重値をフィードバックユニット１０２５に提供し、これによって、この情報が符号化され基地局に送信される。フィードバックユニット１０２５は、符号化されたフィードバック情報をＭＳの送信ユニットに提供し（１０３０）、これによって、この情報がＢＳに送信される。

図１１は、ＢＳのダウンリンクビーム形成ユニット１１００のブロック図である。フィードバック受信ユニット１１１０には、アップリンクのフィードバック部に対応する受信アンテナデータ１１０５が提供される。フィードバック受信ユニット１１１０は、提供された受信フィードバックデータを用いて、そのフィードバックメッセージにおいてＭＳによって送られるコードブック加重値選択及びパワー加重値を決定する。次いで、フィードバック受信ユニット１１１０は、コードブック加重値選択及びパワー加重値をダウンリンクビーム形成ユニット１１１５に提供し、これによって、この情報を用いて、ＭＳへのビーム形成されたダウンリンクデータを生成する。ビーム形成されたダウンリンクデータは、ＢＳの送信ユニットに送られ（１１２０）、ダウンリンクデータフレーム上で送信される。

好適な信号送信及びフィードバック方法について、図１２のフローチャートにおいて述べる。まず、基地局は、フィードバック要求及びフィードバック資源割当を移動体に送る（１２０５）。次に、ＭＳは、フィードバックが要求されるストリームの数をＢＳメッセージから決定する（１２１０）。データストリームの数は、送信機（ＢＳ）によって割り当てられたフィードバック資源の数に基づき、非明示的に決定される。次いで、移動体は、ＢＳから送られたパイロットからコードブック加重値及びストリーム加重値を決定する（１２１５）（好適には、パイロットはＢＳによって送信され、このチャネル推定のためにＭＳによって用いられるが、パイロットが無い場合又はパイロットベースのチャネル推定の補足として、盲チャネル推定法又は判定式チャネル推定法等、別のチャネル推定手法が用いられることがある）。コードブック選択プロセスは、最大受信パワー及び最大容量基準の組合せを用いる方法（後述する）を用い得る。次いで、ＭＳは、パワー加重値を量子化し、それら及びコードブック加重値を基地局に送る（１２２０）。量子化方法は、前に量子化されたストリームパワーのパワーに依存する範囲でデータストリームのパワーを順次量子化する手法（後述する）を用い得る。最後に、基地局は、コードブック加重値及び回復されたストリーム加重値を用いて、ビーム形成されたデータを送る（１２２５）。

上述の段落に記載されたフィードバック方法の場合、チャネル帯域幅は異なる粒度に分割でき、それに従ってフィードバック及び送信加重が実施され得る。例えば、コードブック加重値及びパワー加重値の単一の組がフィードバックされ、ＭＳへの特定のＭＩＭＯ伝送に割り当てられた全帯域幅（例えば、その伝送に用いられ得る全てのＯＦＤＭサブキャリア）において用いられ得る。別の選択肢として、周波数選択手法が用いられ得るが、この場合、異なるサブキャリアの組に各組が対応する、複数の組がフィードバックされる。この後者の手法は、フィードバックオーバーヘッドを増大させるが、幾つかの周波数選択チャネル条件において、改善された性能を提供し得る。別の例では、後続のＭＩＭＯ伝送に用いられるであろう帯域幅より大きな帯域幅におけるチャネル推定値に基づき（例えば、ＭＳへの後続のＭＩＭＯ伝送が全サブキャリアのうちの小さな部分しか占有しない場合にも、全チャネル帯域幅に基づき）、コードブック加重値及びパワー加重値の単一の組が決定され得る。この後者の手法は、更なる平均化を提供し、また、パイロットが送信される時とＭＩＭＯ伝送が起こる時との間でチャネルが大幅に変化すると予想される場合、有益であり得る。

次に、提案されたフィードバック方法の詳細な説明を行う。Ｍ_ｂ本の送信アンテナが基地局にあり、Ｍ_ｍ本の受信アンテナが移動体にあるものとする。ＯＦＤＭダウンリンクがＫ個の使用可能なサブキャリアを備えると仮定すると、サブキャリアｋ（０≦ｋ≦Ｋ−１）及び符号時間ｂにおいて移動体で受信されるＭ_ｍ×１信号は、次のように与えられる（なお、これは、各基地局アンテナのチャネル応答を測定するために移動体が用いるダウンリンク信号である）。

ここで、Ｈ（ｋ，ｂ）は、サブキャリアｋ及び符号時間ｂにおけるＭ_ｍ×Ｍ_ｂ周波数領域チャネル行列であり、ｘ（ｋ，ｂ）は、Ｍ_ｂ×１トレーニングベクトルであり、Ｎ（ｋ，ｂ）は、共分散行列σ_ｎ ^２Ｉ_Ｍｍの相加雑音である（ここで、Ｉ_ｎは、ｎ×ｎ恒等行列である）。時間指標ｂは、フィードバックすべきパワー加重値及びコードブック加重値の決定に用いるために、ダウンリンクチャネルが測定される時間を示す（複数のＯＦＤＭ符号がＭ_ｂ本の送信アンテナ全てを探測するのに必要である場合、複数の時間指標が用いられ得る）。

コードブック指標選択
Ｍ_ｂ×Ｎ_ｃ行列Ｖで与えられるＮ_ｃ個のコードブック加重値があると仮定する。Ｖの特定の例は、従来技術によるグラスマニアン加重値、又は、アンテナ選択加重値（即ち、Ｎ_ｃ＝Ｍ_ｂかつＶ＝Ｉ_Ｍｂ）である。全てのコードブック加重値用の複合周波数領域チャネルＭ_ｍ×Ｎ_ｃ（即ち、ＲＦチャネル行列にコードブック加重値全てを掛けたもの）は、次式で与えられる。

ここで、移動体はダウンリンク上で測定されたそのＨ（ｋ，ｂ）の推定値を用いる。

次に、移動体は、単に、ＶにおけるＮ_ｓ個の列のいずれを各ストリーム用のコードブック加重値として用いるべきか決定する必要がある（ここで、Ｎ_ｓは、ＭＩＭＯストリームの数である）。最高のパワーを有する（周波数を通じて平均化された）Ｇ（ｋ，ｂ）のＮ_ｓ個の列を選択する、又は平均容量を最大にするＧ（ｋ，ｂ）のＮ_ｓ個の列を選択するなど、加重値を決定するために様々な基準が用いられ得る。最大パワー選択法の場合、Ｎ_ｓ個の列（ν_１〜ν_Ｎｓとラベル表示）が、次式のＮ_ｓ個の最大値に対応するνとして選択される。

ここで、Ωはコードブック加重値の単一の組に対するサブキャリアの組であり、ｇ_ν（ｋ，ｂ）は、Ｇ（ｋ，ｂ）の第ν番目の列である。上述のように、異なる場面においては異なる周波数粒度が用いられ、このことはΩの選択に反映される。

最大容量法は、次式のＮ_ｓ個の最大値に対応するνとして選択されたＮ_ｓ個の列（ν_１〜ν_Ｎｓとラベル表示）として与えられる。

ここで、検索は、ν_１〜ν_Ｎｓとの全ての

個の可能な組合せにおいて実施される。ここで、

は、Ｎ_ｃ個の要素からＮ_ｓ個の要素を一度に取る時の組合せの数を示すために用いられる、従来の表記法である。

本発明の１つの態様は、最大パワーコードブック選択法と最大容量を組み合わせる手段である。この方法は、実施される（４）の容量計算の組合せの数を低減するように設計される。例えば、１つのコードブック加重値は、（３）において最も大きな値を与える加重値から選択され得る。そして、残りの加重値は、ν_２〜ν_Ｎｓの

個の残りの組合せ全てを検索することによって（４）から選択される。一般に、（３）において最も高い値のＮ_ｓ−１個までのコードブック加重値として、Ｎ_ｓ−１個までの加重値が選択され得る。したがって、（４）における容量の検索は、ほとんど問題とならない。

ストリームパワー計算
各ストリームに対するパワーレベルは、受信機に実装された受信機タイプに対し最良の予想性能を提供するように計算され得る。

フィードバックの効率的な信号送信
次のフィードバック信号送信メカニズムについては、パワーがＢＳへフィードバックされると仮定して述べる。しかしながら、このアルゴリズムは、電圧（パワーの平方根）等、他の量をフィードバックするように容易に拡張され得る。

パワー加重値及びコードブック加重値の効率的な量子化
コードブック加重値を信号送信するために任意の量子化方法が用いられ得るが、簡単のため、各データストリーム用のコードブック加重値はＢビットに量子化される、と仮定する。

全てのストリーム用のパワー加重値を量子化する場合、単純な手法は、同じ数のビットを用いて、各ストリームを量子化することである。しかしながら、ここでは、各ストリームの範囲は、より小さな領域に洗練され得るということを認識した後、更に効率的な量子化方法について述べる。この方法は、前に量子化されたストリームパワーのパワー加重値に依存する数字の範囲において、データストリームのパワー加重値を順次量子化する。また、ここでは、ストリームはパワー加重値が減少する順番に指標化され、全てのパワー加重値は合計すると１になることに留意されたい。したがって、範囲が減少するため、各ストリームを量子化するために割り当てられたビットの数は小さくなり得る。

量子化方式は、次のように与えられる。
１．Ｎ_ｓ個の各データストリーム用のコードブック加重値及びパワー加重値を決定する。
２．各ストリーム用のコードブック加重値をＢ個のビットに量子化する。
３．第１番目のデータストリームのパワー加重値を１／Ｎ_ｓとＰ_ｕｌとの間のＬ_１レベルのうちの１つに量子化する（Ｐ_ｕｌは、パワーの所定の上限、例えば、Ｐ_ｕｌ＝１）。例えば、Ｂ_１ビットはＬ_１レベルを信号送信するために用いられ得る（即ち、Ｌ_１＝２^Ｂ１）。Ｐ_１がストリーム１の量子化パワーレベルを示すものとする。
４．ｍ＝２〜Ｎ_ｓ−１である第ｍ番目のストリームでは、第ｍ番目のデータストリームのパワー加重値を

と、量子化されたＰ_ｍ−１と

との間のより小さな値と、の間におけるＬ_ｍレベルのうちの１つに量子化する。例えば、Ｌ_ｍ個のレベルを信号送信するためにＢ_ｍ個のビットが用いられ得る（即ち、Ｌ_ｍ＝２^Ｂｍ）、及びＢ_ｍ≦Ｂ_ｍ−１。ｍ個のデータストリームの各々では、Ｐ_ｍが、ストリームｍの量子化されたパワーを示すものとする。

したがって、パワー加重値に必要な合計フィードバック量（ビット数）は、

である。この量子化方法は、ストリーム１〜Ｎ_ｓ−１用のパワーを量子化し、最後のストリーム（Ｎ_ｓ番目）のパワーは、他のストリームのパワーから決定されることに留意されたい。しかしながら、パワーは、任意のＮ_ｓ−１個のデータストリームの群に対して量子化され、残りのストリームは、他のストリームのパワーから決定され得る。また、このアルゴリズムは、全てのストリームパワーの和は１であると仮定することに留意されたい。しかしながら、このアルゴリズムは、全てのストリームパワーの和が任意の値である事例に容易に拡張される。

ストリーム数の非明示的信号送信
パワー加重値量子化では、ストリームの数Ｎ_ｓが既に決定されていることに留意されたい。理想的には、最適なストリーム数はＭＳにおいて学習されたチャネル条件（例えば、空間条件及び受信ＳＮＲ）に依存することから、ＭＳはＮ_ｓを決定し、この情報をパワー加重値及びコードブック加重値と共にＢＳに伝達すべきである。しかしながら、フィードバック資源は、ＢＳによって事前に割り当てられることが多い。最大フィードバック資源を常に割り当てることが可能であるが、それは無駄が多い場合がある。一方、受信機は、最初に、フィードバック資源に対する要求として、データストリームの数をフィードバックし得るが、それには、余分な待ち時間が伴い得る。したがって、ＢＳがＮ_ｓを決定し、次いで、ＢＳがＮ_ｓをＭＳに伝達することが望ましい。本発明の別の態様は、ＢＳによって割り当てられたフィードバック資源からＭＳがＮ_ｓを非明示的に決定することである。この単純な例は、Ｎ_ｓ（又はＮ_ｓ＋１）個のフィードバック資源ブロックに関するフィードバックを送信するようにＢＳがＭＳに要求することである。したがって、ＢＳによって割り当てられたフィードバック資源ブロックの数は、Ｎ_ｓを示す。こうして、ＭＳはストリームの数を制御する柔軟性を喪失し得るが、依然としてシステム全体はそのような効率的なメカニズムによる恩典が得られ、このメカニズムによって、ＢＳはパワー加重値及びコードブック加重値がフィードバックされるストリームの数に関して、ＭＳに非明示的に信号送信することが可能となる。例えば、全てのＭＳに対する既定のストリーム数を最初に１に設定することが可能であり、次いで、必要かつ有益であることをＢＳが見出した場合、より多くのストリームを可能とするようにフィードバック割当が増大される。いずれにせよ、信号ストリームは、これらに限定しないが、ＭＳが単一のアンテナしか備えない場合、受信ＳＮＲが単一のストリームをサポートするのに充分小さい場合、急激なチャネル変動のためにビーム形成加重値が即座に陳腐化することから、複数のストリームの最適性が保証されない場合、又はＢＳが１人のユーザに対するマルチストリームではなく複数のユーザに対する単一ストリームＳＤＭＡを行うと判断した場合など、多くの場合、最適である。

好適な信号送信及びフィードバック方法について、図１２のフローチャートにおいて述べる。まず、基地局は、フィードバック要求及びフィードバック資源割当を移動体に送る（１２０５）。次に、ＭＳは、フィードバックが要求されるストリームの数をＢＳメッセージから決定する（１２１０）。データストリームの数は、送信機によって割り当てられたフィードバック資源の数に基づき、非明示的に決定される。次いで、移動体は、ＢＳから送られたパイロットからコードブック加重値及びストリーム加重値を決定する（１２１５）（好適には、パイロットはＢＳによって送信され、このチャネル推定のためにＭＳによって用いられるが、パイロットが無い場合又はパイロットベースのチャネル推定の補足として、盲チャネル推定法又は判定式チャネル推定法等、別のチャネル推定手法が用いられることがある）。コードブック選択プロセスは、最大受信パワー及び最大容量基準の組合せを用いる方法（後述する）を用い得る。次いで、ＭＳは、パワー加重値を量子化し、それら及びコードブック加重値を基地局に送る（１２２０）。量子化方法は、前に量子化されたストリームパワーのパワーに依存する範囲でデータストリームのパワーを順次量子化する手法（後述する）を用い得る。最後に、基地局は、コードブック加重値及び回復されたストリーム加重値を用いて、ビーム形成されたデータを送る（１２２５）。

次に、例示の目的のために、Ｎ_ｓのパワー量子化及び非明示的な信号送信の特定の例を示す。以下では、６ビットのフィードバック資源ブロックを仮定するが、この資源ブロックは、ＩＥＥＥ８０２．１６標準規格における高速フィードバックチャネルと呼ばれる。
１．ＢＳは、ＭＳに対して４つの６ビットフィードバックチャネル（合計２４ビットのフィードバックの場合）上で送信するように要求する。
２．移動体は、ＢＳによって要求されたフィードバック量のため、Ｎ_ｓ＝４であること（即ち、要求された各フィードバックチャネルに対して１つのストリームが存在すること）が分かる。
３．ＭＳは、ＢＳが共に送信すべき４つのコードブック加重値がいずれであるかを決定する。
４．ＭＳは、各ストリーム上のコードブック加重値をＢ＝４ビットに量子化する（したがって、コードブック加重値を伝達するために、合計２４ビットのうちのＮ_ｓ＊Ｂ＝１６ビットが用いられる）。
５．ＭＳは、Ｂ_１＝４ビット、Ｂ_２＝２ビット、及びＢ_３＝２ビットを用いて、上述のアルゴリズムから各データストリームのパワー加重値の平方根を量子化する（この場合、パワーではなく電圧の量子化に対応するため、各ストリームの範囲は上述もののの平方根である）。
６．ＭＳは、基地局に２４ビットのフィードバックを送信する。
７．ＢＳは、フィードバックチャネルにより指定された４つのコードブック加重値及びそれらそれぞれのパワーレベルを用いて送信する。

本発明のフィードバック方法は、次の機能を含むように拡張され得る。
１．上述のように、最適なコードブック及びパワー加重値を別個に計算するのではなく、双方を共同計算すること。
２．モビリティ性能を改善するために、集合Ωよりも多くのサブキャリアを用いてパワー加重値を計算し、コードブックを決定すること。基本的に、この考え方では、更なる平均化を行って解が決定されるため、チャネルの長期的な統計結果により良く整合する。

要約すると、本発明は、次のようにまとめることができる。即ち、本発明は、複数の送信アンテナを備えた送信装置と、受信装置との間において、複数のデータストリームの通信を行うための方法を含む。この方法は、送信機への効率的なフィードバックのためにパワー加重値を符号化する工程を含む。また、この方法は、理論容量を最大とするＮ_ｓ個のコードブック加重値を決定する効率的な方法を含む。これに加えて、この方法は、受信機がフィードバックすることを送信機が望むデータストリームの数を非明示的に信号送信する方法を含む。

通信システムのブロック図。 １つ以上の受信アンテナを有する受信装置への単一のデータストリームの通信を行う閉ループ送信アンテナアレイのブロック図。 １つ以上の受信アンテナを有する受信装置への複数のデータストリームの通信を行う閉ループ送信アンテナアレイのブロック図。 閉ループ送信アンテナアレイを用いる周波数領域式広帯域送信システムのブロック図。 コードブック選択及びパワー加重値を用いる送信機のブロック図。 アンテナ選択及びパワー加重値を用いる送信機のブロック図。 全フィードバックプロセスのフローチャート。 ＦＤＤモード用のフィードバックプロセスのタイミング図。 ＴＤＤモード用のフィードバックプロセスのタイミング図。 移動体の加重値及びコードブック選択ユニットのブロック図。 基地局のダウンリンクビーム形成ユニットのブロック図。 好適な信号送信及びフィードバック方法のフローチャート。

Claims (10)

1. 複数の送信アンテナを備えた送信装置と、受信装置との間において複数のパワー加重値に関する情報の通信を行うための方法であって、
   複数のパワー加重値に関する情報を表す複数のビットを受信するビット受信工程と、第１のパワー加重値に関する情報は第１のビット数によって表され、第２のパワー加重値に関する情報は第２のビット数によって表されることと、第１のビット数は第２のビット数より大きいことと、
   第１のビット数から第１のデータストリーム用の第１のパワー加重値を決定する第１加重値決定工程と、第１のパワー加重値は第１の範囲内の値を取ることと、
   第２のビット数から第ｍ番目のデータストリーム用の第２のパワー加重値を決定する第２加重値決定工程と、第２のパワー加重値は第２の範囲内の値を取ることと、第２の範囲は、
   次式によって示される値と、
   

   

   量子化されたＰ _ｍ−１ と次式によって示される値との間のより小さな値と、
   

   

   の間におけるＬ _ｍ 個のレベルのうちの１つであることと、Ｎ _ｓ はデータストリーム数であり、Ｐ _ｎ は第ｎ番目のデータストリームの量子化されたパワーを示すことと、
   パワー加重値によって重み付けされたデータストリームを送信するデータストリーム送信工程と、からなる方法。
2. 第１および第２のパワー加重値に関する情報を送信する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 第１および第２のパワー加重値に関する情報を送信する工程は最も大きな値から最も小さな値までのパワー加重値に関する情報を送信する工程を含む請求項２に記載の方法。
4. 第１および第２のパワー加重値に関する情報を送信する工程は第１および第２のパワー加重値の平方根を送信する工程を含む請求項２に記載の方法。
5. 第１および第２のパワー加重値によって重み付けされたデータストリームを受信する工程を含む請求項１に記載の方法。
6. 複数のパワー加重値を表す複数のビットを受信する受信機と、第１のパワー加重値は第１のビット数によって表され、第２のパワー加重値は第２のビット数によって表されることと、第１のビット数は第２のビット数より大きいことと、第１のパワー加重値は第１の範囲内の値を取ることと、第２のパワー加重値は第２の範囲内の値を取ることと、第２の範囲は、
   次式によって示される値と、
   

   

   量子化されたＰ _ｍ−１ と次式によって示される値との間のより小さな値と、
   

   

   の間におけるＬ _ｍ 個のレベルのうちの１つであることと、Ｎ _ｓ はデータストリーム数であり、Ｐ _ｎ は第ｎ番目のデータストリームの量子化されたパワーを示すことと、
   パワー加重値によって重み付けされたデータストリームを送信する送信機と、からなる通信ユニット。
7. 最も大きな値から最も小さな値までの第１および第２のパワー加重値に関する情報が送信される請求項６に記載の通信ユニット。
8. 第１および第２のパワー加重値に関する情報は第１および第２のパワー加重値の平方根を含む請求項６に記載の通信ユニット。
9. パワー加重値によって重み付けされたデータストリームを受信する受信機を備えた別の通信ユニットをさらに含む請求項６に記載の通信ユニット。
10. パワー加重値を送信する送信機を備えた別の通信ユニットをさらに含む請求項６に記載の通信ユニット。

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